Av Bjarne Tufte, Agder Energi Nett Sammendrag "Smart Village Skarpnes" er et FoU prosjekt støttet av Norges Forskningsråd med hovedfokus på å undersøke hvordan det elektriske distribusjonsnettet kan dimensjoneres på en optimal måte i fremtiden. Introduksjon av lavenergiboliger med solcelleanlegg forventes å gi endrede forbruksmønstre, og det trengs nye modeller for effektiv drift og investering i elektrisitetsnettet. Utbyggingsfeltet består av totalt 40 husstander med nær-nullenergi standard, lokalisert på Skarpnes utenfor Arendal i Aust-Agder fylke. Husstandene vil være utstyrt med både geovarmepumper og solcellepaneler. Prosjektet vil undersøke hvordan strømproduksjon fra solcelleanlegget sammenfaller med forbruksprofilen i hjemmene, og hvordan dette påvirker bruken av strømnettet. Basert på innsamlede data fra prosjektet vil det bli utviklet nye dimensjoneringskriterier for distribusjonsnettet og foreslått en nettariffstruktur bedre tilpasset fremtidens forbruksmønster. Data fra Skarpnes vil også gi et bedre grunnlag for nettoperatører til å kunne vurdere og utvikle forretningsmodeller tilpasset fremtidens energimarked. Med TEK 15 [1] introduseres nye krav i byggesektoren som leder vei mot at alle nye boliger skal bygges etter passivhus standarden. Dette vil redusere energibehovet til oppvarming betydelig. Som en konsekvens av tilrettelegging for PV-produksjon (strøm fra solcellepanel) med NVE's plusskundeordning [2] forventes det også at det vil bli bygget mange nær-nullenergi hus og leiligheter innen 2020. Konsekvensen er at det årlige elektrisitetsforbruket kjøpt fra nettet vil bli vesentlig lavere enn det som er vanlig for dagens boliger. Dette medfører reduserte energiutgifter for beboerne og med dagens tariffstruktur for nettleie, reduserte inntekter for nettoperatørene. Men selv om det totale årlige forbruket blir lavt er det uvisst om forbrukstoppene vil reduseres. Introduksjonen av effektkrevende elek- 289
trisk utstyr som induksjonstopper, gjennomstrømmings varmere for varmtvann samt elbil-ladere indikerer tvert imot økt effektbehov i fremtidens boliger. Dette er en utfordring for nettselskapene, inkludert Agder Energi Nett. Strømnettet må dimensjoneres for å kunne takle den maksimale effekttoppen, og derfor er det viktig å forstå både hvordan det totale energiforbruket og effektforbruket vil endre seg fremover. Nettselskapene vil trenge nye modeller og verktøy for å sikre effektiv drift av nettet. I det Norsk Forskningsråd støttede FoU prosjektet "Smart Village Skarpnes" vil en se på hvordan det elektriske distribusjonsnettet kan dimensjoneres på en optimal måte i fremtiden. Introduksjon av lavenergiboliger med solcelleanlegg forventes å gi endrede forbruksmønstre, og det trengs nye modeller for effektiv drift og investering i elektrisitetsnettet. Prosjektet vil undersøke hvordan strømproduksjon fra solcelleanlegget sammenfaller med forbruksprofilen i hjemmene, og hvordan dette påvirker bruken av strømnettet. Med solceller vil boligene på Skarpnes både kjøpe og levere elektrisitet fra/til strømnettet. Strømkunder som dekker en stor andel av sitt årlige elektrisitetsforbruk ved hjelp av eget solcelleanlegg vil utfordre dagens forretningsmodeller og nettariffstruktur. Data fra Skarpnes vil også gi et bedre grunnlag for nettoperatører til å kunne vurdere og utvikle forretningsmodeller tilpasset fremtidens energimarked. På Skarpnes planlegger Skanska et boligfelt [3] hvor det skal bygges 17 eneboliger, 20 leiligheter og 3 rekkehus. Både eneboligene og leilighetene bygges med en kombinasjon av klimavennlige og energiøkonomiske løsninger som gjør boligene selvforsynt med energi. Boligprosjektet er et samarbeidsprosjekt mellom Skanska, Sintef Byggforsk, Norges Forskningsråd og Agder Energi og er Nordens første boligfelt med nullhus. Det vil bli lokalisert på Skarpnes utenfor Arendal i Aust-Agder fylke. Byggene vil i tillegg til energibrønner også være utstyrt med solcellepaneler og solvarmere til oppvarming av både varmtvann og gulvvarme. Balansert ventilasjon med forvarming gir en varmegjenvinngsgrad 290
på 90%. I tillegg vil boligene bli utstyrt med "hot fill" vaske- og oppvaskmaskiner som tar varmtvann direkte inn i maskinen. Boligene vil bli utstyrt med både induksjonstopper og gjennomstrøingsvarmere for å sikre høy nok temperatur på vannet. Belysning vil være LED. En forventer også at det vil bli etablert uttak for lading av elbil. Prosjektes hovedmål er å kartlegge husholdningenes forbruksmønster og hvordan dette samspiller med produksjon fra PV-anlegget. Det vil bli installert egne effektmålere i boligene, både på inntakskabel og enkeltkurser, dette gjelder først og fremst PV-anlegget, men også varmepumpe og solfanger/varmtvann pumper samt varmeelement for heving av temperatur på varmtvannet. For PV-anlegget kan det være aktuelt å måle både på DC- og AC-siden. I tillegg til måling av energiforbruk og effekt vil en for varme/kjølesystemet (varmtvann, romvarme, ventilasjon) også installere flowmeters og temperatursensorer i regi av EBLE [4] I tillegg til AMS måler som installeres i alle boenheten vil det i utvekslingspunktet mellom nettselskapet og kunden monteres en ElSpec spenningskvalitetsmåler som også måler effekt. Dette gir mulighet til å ta ut følgende effekt og energidata: Totalforbruk i boligen Kjøpt og solgt elektrisitet fra/til nettet Produksjon fra PV-systemet Forbruk for varmepumpe-systemet 291
Forbruk for ventilasjon, vifter og pumper, belysning Forbruk for solfangersystemets pumpe For å kartlegge det totale energibehovet til boligene vil en i tillegg måle: Levert energi fra solfangere Levert energi fra jordvarmesystemet Energiforbruk til varmtvann Energiforbruk til ventilasjon Med denne måleutrustningen forventer en å få en god forståelse for hvordan disse null-energiboligene forbruker (og produserer) elektrisk og termisk energi, både med hensyn på momentane effektbehov og totale energibehov som funksjon av tid (døgnvariasjoner og årstidsvariasjoner). Vi ønsker spesielt å dokumentere hvordan profilen for strømforbruk i boligen sammenfaller med profilen for solstrømproduksjon. Elektrisitet vil produseres ved bruk av solceller. Egenprodusert elektrisitet fra solcelleanlegget vil bli dimensjonert slik at man går i null over året. I deler av året vil man eksportere(selge) elektrisitet til nettet (sommeren), mens man i andre perioder må importeres strøm fra nettet (vinter). Årsproduksjonen for hele Skarpnesutbyggingen vil bli i størrelsesorden 163 MWh. Dette utgjør ca. 39 kwh/m2år (kvm BRA), og balanserer derfor elektrisk behov til byggene, som vist i figur under. Elektriske apparater i oppholdsrom og kjøkken blir som i ordinære hus, men belysning vil dekkes av LED lamper. Romoppvarming og varmt vann til tappekraner, oppvask og klesvask produseres via varmeveksler fra energibrønn og solfangere. I tillegg til varmepumpe vil varmtvann bli varmet opp med gjennomstrømningsvannvarmer for å få høy nok temperatur. Det vil være et separat ventilasjonssystem med spjeld og vifter for å unngå fukt og sørge for sirkulering av luft. Solcellene vil plasseres på tak, og med orientering sør-vest eller sørøst. Takhelningen blir 30 grader. Nødvendig solcelleareal for å gå helt i balanse over året (nullenergi, nullutslipp) blir ca. 45 m 2 for småhusene (154 m2 BRA) og i gjennomsnitt 23 m 2 for hver av leilighetene (snitt størrelse 78 m 2 BRA) totalt ca 450 m 2 for boligblokkene. Samlet solcelleareal for prosjektet blir ca. 1.210 m 2 292
Erfaringsmessig bidrar ikke et enkelt plusshus i elektrisitetsnettet så mye at det påvirker nettet nevneverdig. Hovedformålet med prosjektet er å dokumentere hvordan et helt byggefelt med nullhus med effektkrevende utstyr påvirker nettet. Ettersom boligene ikke har elektrisk oppvarming i tillegg til at varmvann primæroppvarmes med geovarme/soloppvarming via varmeveksler, forventes et mye jevnere belastning mellom sommer og vinter. Men som en følge av effektintensive apparater som induksjonstopper, billadere og gjennomstrømmingsvarmere forventes større effekttopper i den 293
enkelte bolig. Kombinert med egenproduksjon fra PV-anlegg vil den totale effektvariasjon øke. Spørsmålet blir hvor store blir effekttoppene når, hvor ofte og får en samtidighet innenfor boligområdet slik at den akkumulerte effektbelastningen på nettet blir vesentlig større enn det en dimensjonerer nettet for idag. Med mange omformere og reaktive laster samtidig som de ohmske lastene reduseres forventer en også økt reaktiv flyt og mer harmoniske spenninger i nettet. Det vil bli etablert en egen smart nettstasjon med effekt og spenningskvalitetsmåling. Det betyr at man i prosjektet ikke vil installere spenningskvalitetsmålere i hvert hus. Videre ansees det som lite sannsynlig at PV-anlegget vil forårsaker problemer med spenningskvalitet; det er mer sannsynlig at slike problemer eventuelt vil være forårsaket av elektrisk utstyr (loads) benyttet i boligen. [1] TEK 15 Energiregler 2015, Forslag til endringer i TEK for Nybygg, Rambøll 08-07-2013 http://www.dibk.no/documents/energi/hovedrapport_ramboll_ 072013.pdf [2] NVE's plusskundeordning http://www.nve.no/global/seminar%20og%20foredrag/energida gene2013/sesjons3/fladen_131016%20plusskunde%20energidage ne.pdf [4] Skanska. Et hjem for fremtiden http://www.skarpnes-nullhus.no/ [3] EBLE Evaluering av passivhus i Norge http://www.lavenergiprogrammet.no/passivhus/forskning-paapassivhus/ 294